CN103900664A - 麻醉机流量传感器标校方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种麻醉机流量传感器标校方法及装置，其步骤包括先将监测设备与流量传感器串联，然后关闭呼气阀，按照递增/递减的规律改变吸气阀开度，对监测流量值和流量传感器输出电压值进行滤波处理后，再读出并记录每个吸气阀开度的监测流量值和流量传感器输出电压值，生成电压-流量数据表等，通过预设一组有规律的流量值，采用查表及插值方式得到一组具有等差或其他规律流量值的电压-流量数据表。本方法及装置中采用滤波处理，提高了标校的准确性，将标校数据简化成一维电压数据存储，便于数据的实际使用，此外，标校过程通过预设程序自动完成，工作效率高。

Description

麻醉机流量传感器标校方法及装置

技术领域

本发明涉及麻醉机领域，尤其涉及一种采用一维线性插值算法的麻醉机流量传感器的标校方法及实现该方法的装置。

背景技术

麻醉机是通过机械回路将麻醉药/剂送入患者的肺泡，形成麻醉气体分压的设备，麻醉剂弥散血液后，对中枢神经系统直接发生抑制作用，从而产生麻醉的效果。流量传感器是将检测流量信号并转化成电信号的设备，用于检测流量信号供麻醉机决策通气控制方案。

安装于麻醉机上的流量传感器准确性直接关系到呼吸气体流速、潮气量及通气量等检测值的准确性，是影响麻醉机安全通气过程中的重要因素之一。在临床使用过程中，用于麻醉机的流量传感器存在个体差异，易出现自身老化、时漂、温漂、积水等问题，需要适时对传感器进行标校，以保证传感器通气控制的准确性和安全性。通常的标校过程是通过测量和记录多个不同稳定流量下的传感器输出电压值实现的，从而建立并存储输入流量和传感器输出电压之间的对应关系，便于日后使用。

通常为了麻醉机方便使用，通常将流量值设定为一组具有等差或其他规律的数据，方便使用者根据病人的需要调节流量的大小，预设流量值通常是麻醉机上的流量调节旋转按钮所标识的值。故只需要检测流量值对应的电压值，将流量传感器的电压检测值储存在EEPROM或其他非易失存储器中即可完成标校。

常见的标校方式有以下两种：

（1）手动标校：按递增/递减规律手动调节吸气阀的开度，当流量监测设备上显示的流量值达到预设流量时，记录此时流量传感器的输出电压，预设多个流量值，重复上述测量过程，由于预设流量具有等差递增/递减或其他规律，故得到具有等差递增/递减或其他规律电压-流量数据表。测量过程中，由于采用手动调节方式，每次吸气阀开度变化时，测量中可以等待一定的时间，待吸气阀流量稳定后再读取流量值和电压值，其检测值较为准确。但手动操作具有过程繁琐，工作效率低等问题。

（2）自动标校：按递增/递减规律自动调节吸气阀的开度，每次吸气阀开度变化时，自动记录流量值和电压值，得到电压-流量数据表。由于采用自动调节吸气阀的开度的方式，故难以预设一组有等差或其他规律的流量值，标校得到的数据虽然是流量值与电压值一一对应，但这个二维数组中任一一数组均难以形成具有等差递增/递减或其他规律的数列，其原因在于，即使吸气阀按等差规律的开度，但吸气阀气体流量值不一定是按等差规律变化。此外，自动标校过程中，由于流量扰动等因素，测量过程中具有一定的偶然性，易产生偶然误差，影响测量的准确性。

综上所述，现有技术中手动调节方式具有操作过程繁琐，工作效率低等缺陷，自动调节方式具有无法预设电流值，标校完成后难以得到一组具有某些特定规律的电压-流量数据表等缺陷。

发明内容

为了克服上述方法及装置中所存在的操作过程繁琐、工作效率低、准确率低、误差大及难以得到一组具有等差或其他规律流量值的电压-流量数据表等缺陷，本发明所要解决的技术问题在于提出一种麻醉机流量传感器标校方法及装置，其具有标校的准确性高，实用性强，自动化程度高等特点。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种麻醉机流量传感器标校方法，其特征按如下步骤实施：

S00：标校开始，使得外部的监测设备与麻醉机相连，且使得所述监测设备设于流量传感器（6）所在的呼吸通道上；

S10：所述呼吸机上的呼气阀处于关闭状态，所述呼吸机内的标校控制单元（5）中的控制模块控制吸气阀按照递增/递减的规律改变其开度；

S20：所述标校控制单元（5）中的信号采集模块读出并记录每个所述吸气阀开度下所述监测设备检测到的流量值f_n和所述流量传感器（6）输出电压值v_n，所述吸气阀所有开度下的流量值f_n和电压值v_n采集完毕后，所述标校控制单元（5）中的运算模块生成电压-流量数据表；

S30：所述运算模块通过查表和插值方式计算生成规律化电压-流量数据表，表中流量值F为一组规律化的预设值；

S40：储存规律化的流量值F对应的所述流量传感器（6）输出的电压值V至所述标校控制单元（5）的非易失存储器中，标校结束。

为了解决流量值规律化问题，优选的，步骤S30中，所述运算模块生成所述规律化电压-流量数据表时，先设置一组有规律的预设流量值；

当监测流量值与预设流量值F不相等时，查询所述电压-流量数据表中与预设流量值相邻的两个监测流量值f_n和f_n+1及两个监测流量值对应的所述流量传感器（6）输出电压值v_n和v_n+1，通过线性插值法求出预设流量值F对应的所述流量传感器（6）输出电压值V；

当监测流量值与预设流量值相等F时，监测流量值f_n对应的所述流量传感器（6）输出电压值v_n即为预设流量值F对应的所述流量传感器（6）输出电压值V。

所述线性插值法为一维线性插值法，其公式为:

电压值V=(F-f_n)/(f_n+1-F_n)*(v_n+1-v_n)+v_n，f_n≤F≤f_n+1。

为了解决流量扰动等因素引起的测量误差问题，S20步骤中,在读出并记录流量值f_n和电压值v_n之前，先对流量值f_n和电压值v_n进行滤波处理。

为了解决人工操作过程繁琐、工作效率低等问题，上述标校过程中信号采集、数据运算及发出控制指令由标校控制单元自动完成。

为了实现上述方法，采用如下装置进行:

一种实现权利要求1中标校方法的标校装置，包括麻醉机和处于所述麻醉机外部的监测设备，所述标校控制单元设于所述麻醉机控制主板内部，所述检测设备为气体流量计。

进一步的，所述标校控制单元包括：

控制模块，用于控制吸气阀按照递增/递减的规律改变其开度；

信号采集模块，用于读出并记录每个所述吸气阀开度下所述监测设备检测到的流量值f_n和所述流量传感器输出电压值v_n；

运算模块，用于生成电压-流量数据表和规律化电压-流量数据表。

优选的，所述信号采集模块内部设有流量信号滤波电路，流量信号滤波电路与麻醉机上的标校通讯端口相连。

优选的，所述信号采集模块内部设有电压信号滤波电路，电压信号滤波电路与流量传感器相连。

优选的，所述标校通讯端口与所述监测设备上的通讯端口通过数据线连接。

本发明的有益效果为：标校过程中对流量计流量传感器输出电压值添加了滤波处理，克服流量扰动等因素引起的测量误差问题，提高了标校的准确性，采用查表及插值的方式结合规律化的预设流量值对电压-流量数据表进行数据处理，将标校数据简化成一维电压值数据存储于EEPROM或其他非易失存储器中，便于数据的实际使用，标校过程通过预设程序自动进行，工作效率高。

附图说明

图1是本发明具体实施方式提供的标校装置的结构示意图；

图2是本发明具体实施方式提供的麻醉机流量传感器标校方法的流程图；

图3是本发明具体实施方式提供的麻醉机流量传感器标校方法的控制程序流程图；

图4是本发明具体实施方式提供的麻醉机流量传感器标校方法的标校数据应用程序流程图。

图中：

1、麻醉机；2、监测设备；3、流量信号滤波电路；4、电压信号滤波电路；5、标校控制单元；6、流量传感器。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

图1是本发明具体实施方式提供的麻醉机流量传感器标校装置的结构示意图。

一种麻醉机流量传感器的标校装置，包括麻醉机1和监测设备2，麻醉机1控制主板内部设有标校控制单元5，监测设备2为流量计。

优选的，标校控制单元5的信号采集模块内部设有流量信号滤波电路3，流量信号滤波电路3与麻醉机1上的标校通讯端口相连，标校通讯端口与监测设备2通讯端口通过数据线连接。标校控制单元5的信号采集模块内部设有电压信号滤波电路4，电压信号滤波电路4与流量传感器6相连接。流量信号滤波电路3和电压信号滤波电路4对标校过程中的流量信号和电压信号进行了滤波处理，从而克服流量扰动等因素引起的测量误差问题，提高了标校的准确性。

优选的，采用软件滤波方式对标校过程中的流量信号和电压信号进行了滤波处理。

图2是本发明具体实施方式提供的麻醉机流量传感器标校方法的流程图。

一种麻醉机流量传感器标校方法，其步骤实施：

首先将监测设备2与流量传感器6串联，即监测设备2与流量传感器6设于同一气体通道上，以保证通过监测设备2和流量传感器6的检测流量相等，将麻醉机1外部通讯端口与监测设备2通讯端口通过数据线相连，使得监测设备的流量检测信号输入标校控制单元5中。

然后关闭呼气阀，每隔1-2s,按照递增/递减的规律改变吸气阀开度，读出并记录每个吸气阀开度的监测流量值f_n和流量传感器6输出电压值v_n，采用一定的时间间隔，有利于待吸气阀流量稳定后再读取流量值f_n和电压值v_n，从而使得检测流量值更为准确。读出并记录流量值和电压值之前，对流量值f_n和电压值v_n进行滤波处理。对于吸气阀每次开度时阀体流量变化的大小，应尽可能使得阀体流量变化小于对应两相邻预设流量值的差值，有利于采用线性插值法求出预设流量值对应的流量传感器6输出电压值的过程中，提高与该预设流量值相邻的两个监测流量值的准确性，即采集的数据量适当增大，有利于提高插值所得曲线与真实曲线的近似度。通常采用如下方式进行预设流量值的选取，例如当选定流量范围为0～80L/min，从流量值为0开始，在预设值F_n≤2L/min，以0.1L/min为步距选值，在预设值F_n＞2L/min时，以0.1L/min为步距选值，得到一组具有复合等差数列规律的预设值数组，作为预设流量值。值得注意的是，上述选取过程中步距的突然增大，步距增大原因是由于打开阀体阀门之初，流量的变化不大，但随之阀体开度的增大，阀体开度变化即使不大，也会引起较大流量变化，故需要增加步距，更贴近阀体的流量变化的实际情况。

待所有吸气阀开度下流量值和电压值采集完毕后，根据采集的流量数据和电压数据，生成电压-流量数据表，步骤S30中，所述运算模块生成所述规律化电压-流量数据表时，先设置一组有规律的预设流量值；当监测流量值与预设流量值F不相等时，查询所述电压-流量数据表中与预设流量值相邻的两个监测流量值f_n和f_n+1及两个监测流量值对应的所述流量传感器6输出电压值v_n和v_n+1，通过线性插值法求出预设流量值F对应的所述流量传感器6输出电压值V；当监测流量值与预设流量值相等F时，监测流量值f_n对应的所述流量传感器6输出电压值v_n即为预设流量值F对应的所述流量传感器6输出电压值V。以吸气阀开度递增为例，所述线性插值法为一维线性插值法，其公式为：

电压值V=(F-f_n)/(f_n+1-F_n)*(v_n+1-v_n)+v_n，f_n≤F≤f_n+1

其中：F—预设流量值，为预设值。

f_n—与预设流量值相邻的两个监测流量值中较小值，为检测值。

f_n+1—与预设流量值相邻的两个监测流量值中较大值，为检测值。

V—预设流量值对应的流量传感器6输出的电压值。

v_n—与预设流量值相邻的两个监测流量值中的较小流量值对应的流量传感器6输出的电压值，为检测值。

v_n+1—与预设流量值相邻的两个监测流量值中的较大流量值对应的流量传感器6输出的电压值，为检测值。

由于检测值和预设值均为已知量，故可以求出预设流量值对应的流量传感器6输出的电压值，重复上述过程，求出所有预设流量值对应的流量传感器6输出的电压值，得到一组具有等差或其他规律流量值的电压-流量数据表，将标校电压值简化成一位电压数据存储。此外，除了采用上述方式规律化流量值，也可以采用先拟合再插值的方式，更有利于降低偶然性误差。

由于预设流量值通常是依据麻醉机上的流量调节旋转按钮所标识的值，故只需要检测流量值对应的电压值，将流量传感器6的电压检测值储存在EEPROM或其他非易失存储器中即可完成标校。

此外，上述标校过程通过标校控制单元5自动完成。

图3是本发明具体实施方式提供的麻醉机流量传感器标校方法的控制程序流程图。

检测设备连接完成且关闭呼气阀后，启动标校按钮，标校控制单元5运行标校程序，先发出控制指令给吸气阀，使得阀门微微打开，以一流量初值开始吸气，信号采集模块读取并记录这一开度下检测设备上显示的流量值和流量传感器输出电压值；接着标校控制单元5根据吸气阀开度情况做出判断，若吸气阀未完全打开，则增加吸气阀开度值后，信号采集模块读取并记录这一开度下检测设备上显示的流量值和流量传感器输出电压值，重复上述操作，直至吸气阀完全打开，即最大开度时，结束信号采集过程。然后将信号采集过程中生成的电压-流量数据表进行数据处理，即通过查表插值方式，求出预设规律化流量值对应的电压值，即预设F对应的V。最后，将规律化的流量值F对应的流量传感器6输出的电压值V储存在非易失存储器中，标校结束。

图4是本发明具体实施方式提供的麻醉机流量传感器标校方法的标校数据应用程序流程图。

得到一组关于预设流量值的电压-流量数据表后，标校数据应用时，对于任一流量传感器6输出的电压值，均可利用插值的方法求出该电压值对用的流量值，用于实际应用。

例如，根据关于预设流量值的电压-流量数据表求任一流量传感器6输出电压值对应的流经流量传感器流量值，公式如下：

流量值Y=(X-V_n)/(F_n+1-V_n)*(F_n+1-F_n)+F_n，V_n≤X≤V_n+1

其中：Y—所求流量值。

F_n—关于预设流量值的电压-流量数据表中与给定电压值相邻的两个电压值中的较小电压值，可查表。

F_n+1—关于预设流量值的电压-流量数据表中与给定电压值相邻的两个电压值中的较大电压值，可查表。

X—给定电压值。

V_n—关于预设流量值的电压-流量数据表中与给定电压值相邻的两个电压值中的较小电压值对应的流量值，可查表。

V_n+1—关于预设流量值的电压-流量数据表中与给定电压值相邻的两个电压值中的较大电压值对应的流量值，可查表。

由于方程右边的数据或为给定数据或可查表，采用此方法可求出任一流量传感器6输出的给定电压值对应的流量值，用于实际应用中。

本发明是通过实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的指导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求内的实施例都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种麻醉机流量传感器标校方法，其特征按如下步骤实施：

S00：标校开始，使得外部的监测设备与麻醉机相连，且使得所述监测设备设于流量传感器（6）所在的呼吸通道上；

S10：所述呼吸机上的呼气阀处于关闭状态，所述呼吸机内的标校控制单元（5）中的控制模块控制吸气阀按照递增/递减的规律改变其开度；

S20：所述标校控制单元（5）中的信号采集模块读出并记录每个所述吸气阀开度下所述监测设备检测到的流量值f_n和所述流量传感器（6）输出电压值v_n，所述吸气阀所有开度下的流量值f_n和电压值v_n采集完毕后，所述标校控制单元（5）中的运算模块生成电压-流量数据表；

S30：所述运算模块通过查表和插值方式计算生成规律化电压-流量数据表，表中流量值F为一组规律化的预设值；

S40：储存规律化的流量值F对应的所述流量传感器（6）输出的电压值V至所述标校控制单元（5）的非易失存储器中，标校结束。

2.根据权利要求1所述的流量传感器标校方法，其特征在于，S20步骤中,在读出并记录流量值f_n和电压值v_n之前，先对流量值f_n和电压值v_n进行滤波处理。

3.根据权利要求1所述的流量传感器标校方法，其特征在于，步骤S30中，所述运算模块生成所述规律化电压-流量数据表时，先设置一组有规律的预设流量值；

当监测流量值与预设流量值F不相等时，查询所述电压-流量数据表中与预设流量值相邻的两个监测流量值f_n和f_n+1及两个监测流量值对应的所述流量传感器（6）输出电压值v_n和v_n+1，通过线性插值法求出预设流量值F对应的所述流量传感器（6）输出电压值V；

当监测流量值与预设流量值相等F时，监测流量值f_n对应的所述流量传感器（6）输出电压值v_n即为预设流量值F对应的所述流量传感器（6）输出电压值V。

4.根据权利要求3所述的流量传感器标校方法，其特征在于，所述线性插值法为一维线性插值法，其公式为:

电压值V=(F-f_n)/(f_n+1-F_n)*(v_n+1-v_n)+v_n，f_n≤F≤f_n+1。

5.根据权利要求1至4所述的流量传感器标校方法，其特征在于，上述标校过程中信号采集、数据运算及发出控制指令由所述标校控制单元（5）自动完成。

6.一种实现权利要求1中标校方法的标校装置，包括麻醉机（1）和处于所述麻醉机（1）外部的监测设备（2），其特征在于，所述标校控制单元（5）设于所述麻醉机（1）控制主板内部，所述检测设备为气体流量计。

7.根据权利要求6所述的一种标校装置，其特征在于，所述标校控制单元（5）包括：

控制模块，用于控制吸气阀按照递增/递减的规律改变其开度；

信号采集模块，用于读出并记录每个所述吸气阀开度下所述监测设备检测到的流量值f_n和所述流量传感器（6）输出电压值v_n；

运算模块，用于生成电压-流量数据表和规律化电压-流量数据表。

8.根据权利要求6或7所述的一种标校装置，其特征在于，所述信号采集模块内部设有流量信号滤波电路（3），流量信号滤波电路（3）与麻醉机（1）上的标校通讯端口相连。

9.根据权利要求6或7所述的一种标校装置，其特征在于，所述信号采集模块内部设有电压信号滤波电路（4），电压信号滤波电路（4）与流量传感器（6）相连。

10.根据权利要求8所述的一种标校装置，其特征在于，所述标校通讯端口与所述监测设备（2）上的通讯端口通过数据线连接。

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